2013-01-12
właściwości mechaniczne ciał stałych
zależą od:
CHEMIA
CHEMIA
grafit
" siły wiązań chemicznych
" typu struktury krystalicznej
CIAA
A STAA
EGO
CIAA
A STAA
EGO " rodzaju i ilości defektów
WA
AŚCIWOŚCI MECHANICZNE CIAA
STAA
YCH
Przykład  materiały o budowie warstwowej
" minerały ilaste i miki są glinokrzemianami warstwowymi
" atomy w warstwach powiązane są mocnymi wiązaniami chemicznymi
Zaawansowane materiały i nanotechnologia
Zaawansowane materiały i nanotechnologia
(kowalencyjnymi i jonowymi)
Uniwersytet Jagielloński
Uniwersytet Jagielloński
" warstwy są połączone w pakiety słabymi siłami van der Waals a.
" powoduje to znaczną anizotropię właściwości mechanicznych (różnica
w wytrzymałości mechanicznej w obrębie płaszczyzn tworzących
warstwy w porównaniu z kierunkiem do nich prostopadłym)
wiele z tych materiałów powoduje odczucie natłuszczenia skóry - słabo
związane warstwy ślizgają się wzajemnie tworząc defekty polegające na
dr hab. Krzysztof Kruczała
błędach ułożenia (stacking defects)
konsultacje: środa 11:30-12:30, pokój 139
zastosowanie -> stałe smary
właściwości mechaniczne ciał stałych
siła i odkształcenie
ang. strength and deformation, strain
Przykład materiały o strukturze trójwymiarowej
Obiektywną miarą wytrzymałości mechanicznej materiału jest wielkość siły, którą
" krystaliczne krzemiany mają trójwymiarową strukturę
można do niego przyłożyć, zanim ulegnie on złamaniu (pokruszeniu).
zbudowaną z tetraedrów [SiO4], a tetraedry między
Jednakże wytrzymałość mechaniczna materiału zależy od tego, jak mierzy się siłę
sobą narożami
powodującą odkształcenie.
" mimo dużej siły takiego wiązania minerały
krzemianowe są często mało odporne mechanicznie,
kruche i łamliwe.
diament
(e)
" metale (przestrzenne wiązanie metaliczne) są kowalne i ciągliwe i dają się
walcować na cienkie blachy lub wyciągać w cienkie druty bez zniszczenia
ich struktury  bardziej wytrzymałe mechanicznie
" mała siła powoduje ich trwałe odkształcenie  mniej wytrzymałe
mechanicznie
(f)
większość ciał stałych jest znacznie mniej wytrzymała mechaniczne niż (a) (b) (c) (d)
można by tego oczekiwać na podstawie charakteru wiązań chemicznych.
" metale i polimery są często poddawane działaniu siły rozciągającej w celu
gdyż obecność defektów, szczególnie
otrzymania drutów czy włókien (a).
" dyslokacji,
" materiał ściskany ulega sile komprymującej (b). Szczególnie dużą
" błędów ułożenia
odporność na ściskanie muszą wykazywać materiały budowlane, które są
" granic ziaren
poddawane wielkim obciążeniom np. w wielopiętrowych budynkach.
decyduje o właściwościach mechanicznych.
siła i odkształcenie nacisk i wydłużenie względne
(ang. stress and strain)
" siła, często zwana obciążeniem (ang. strength, load), przyłożona do
(e)
badanego przedmiotu określana jest w terminach nacisku na przedmiot.
" nacisk - siła działająca na jednostkę pola przekroju próbki.
" przyłożenie nacisku powoduje zmianę wymiarów próbki, ogólnie
deformację (ang. strain), której towarzyszą naprężenia wewnętrzne
(f)
(a) (b) (c) (d)
dla próbek metali i polimerów o kształcie pręta mamy zależność:
" materiał, do którego przyłożono parę przeciwnie skierowanych sił (c), jest
�T = F/A
poddany ścinaniu. Wiele polimerów pod wpływem takiego działania
gdzie �T - t.zw. prawdziwynacisk,
zachowuje się jak lepkie ciecze i wykazuje niewielką wytrzymałość na
F - siła (obciążenie) przyłożone do pręta,
działanie sił ścinania.
A - powierzchnia przekroju próbki poddanej działaniu siły.
" niektóre materiały są poddawane skręcaniu (d) dla sprawdzenia możliwości
zastosowania ich jako przekaz
nika obrotów (np. w wałach obrotowych).
w SI siła jest mierzona w N m2 Pa
N, powierzchnia w m2, a nacisk jest mierzony w Pa
" ciało stałe zginane (e) jest równocześnie poddane rozciąganiu i ściskaniu.
(Nm-2), MPalub GPama więc wymiar ciśnienia.
Mierzy się wytrzymałość na zginanie bez spowodowania złamania.
" pomiar wytrzymałości na nagłe uderzenie (f) wskazuje, że szkło wykazuje
w praktyce często zaniedbuje się zmianę przekroju próbki pod wpływem
małą a drewno dużą wytrzymałość na taki stres.
przyłożonej siły i podaje się t.zw. nominalny nacisk, �:
� = F/Ao
zależność pomiędzy działającymi siłami i odkształceniami przez nie
gdzie F - średnia przyłożona siła,
spowodowanymi opisuje szereg modułów, z których najbardziej znanym jest
Ao - początkowy przekrój próbki.
moduł Younga zwany też modułem sprężystości (ang. elastic modulus).
1
2013-01-12
wydłużenie względne nacisk
F siła
siła, F
Wydłużenie względne pręta pod wpływem
przyłożonej siły jest miarą odkształcenia
("�) i jest definiowane jako stosunek
zwiększenia długości ("l) do długości
stan
początkowej:
początkowy
l
"� = "l /l
inaczej
stan
lo
"� =(l - lo)/lo
końcowy
gdzie l - końcowa długość próbki
" Dla próbek ceramicznych zależność odkształcenia od nacisku jest
lo początkowa długość próbki
najczęściej wyznaczana przez zginanie pręta, płytki lub cylindra.
" W przypadku takiego testu dolna część próbki jest rozciągana,
siła, F Ponieważ wydłużenie względne jest
podczas gdy górna ulega ściśnięciu.
stosunkiem dwóch wielkości, nie ma ono
" Ponieważ materiały ceramiczne są na ogół znacznie bardziej
wymiaru i często jest podawane w
wytrzymałe na ściskanie, złamanie lub pęknięcie pojawia się
procentach, jako % �.
najpierw na powierzchni znajdującej się pod działaniem siły
rozciągającej.
krzywe nacisk - odkształcenie krzywe nacisk - wydłużenie
" Krzywe dla większości polimerów są bardzo
Właściwości mechaniczne materiałów bada się ściskając lub rozciągając
Rys. 3
silnie zależne od temperatury, rys. 3.
sporządzone z nich przedmioty, aż próbka pęknie lub ulegnie złamaniu.
30
" Polimery termoplastyczne powyżej
400
temperatury przejścia w stan szklisty dają
Bardzo " materiały kruche i łamliwe Polimery
złamanie
kruche x
- materiały ceramiczne 20 termoplastyczne
wykres, który zakrzywia się w przeciwnym
x
300 Punkt Y
- polimery, znacznie poniżej
kierunku niż wykres kowalnych metali.
Punkt Y
x złamanie
temperatury przejścia w stan szklisty
10 " Elastomery, rys. 4, odkształcają się pod
200
Rys. 1
Kruche, łamliwe
wpływem znacznie mniejszych nacisków niż
materiały " w materiałach tych wydłużenie względne
100 inne materiały.
zmienia się wprost proporcjonalnie do
10 20
�/%
nacisku w całym zakresie działających sił,
" Liniowa część krzywej nacisk-wydłużenie
0,1 0,2 0,3 0,4 lub w większej jego części, aż do
złamanie
�/% 0,8
spowodowania zerwania lub złamania względne przypada w obszarze
x
próbki już przy niewielkiej wartości �. sprężystości.
0,6
TS " W tym zakresie usunięcie działającej siły
400
Elas tomery
pozwala ciałom stałym powrócić z dość
x
złamanie " materiały kowalne np. 0,4
300
dobrym przybliżeniem do pierwotnych
Punkt Y
- metale
rozmiarów i kształtów.
" początkowo wykazują podobną liniową
200
Kowalne metale 0,2
" W przypadku elastomerów ta odwracalność
zależność, Rys. 4
Rys. 2
występuje w całym zakresie krzywej nacisk-
" następnie linia się zakrzywia i przed
100
złamaniem próbki dochodzi do jej wydłużenie względne.
100 200 300 400 500
znacznego i trwałego odkształcenia. �/%
10 20 30 40
�/%
krzywe nacisk - wydłużenie krzywe nacisk - wydłużenie
Złamanie ciągliwych materiałów
C w punkcie A
(Rys. 2) zachodzi stosunkowo B
D
" Dla większości pozostałych ciał stałych po przejściu przez obszar x
szybko po utworzeniu w punkcie B
�
sprężystości, usunięcie nacisku nie jest jednoznaczne z przywróceniem
przewężenia w punkcie C.
w punkcie C
stanu pierwotnego, gdyż zawsze pozostaje pewne nieodwracalne
A
Powstają dwie części o
odkształcenie, zwane odkształceniem trwałym (plastycznym).
Rys. 2
charakterystycznym przełomie:
w punkcie D
" Dla metali punkt, w którym zachodzi zmiana z zachowania sprężystego do - na jednej z nich tworzy się
�/%
zagłębienie
plastycznego, nosi nazwę granicy sprężystości (lub granicy plastyczności)
(punkt Y, ang. Yield point). Występuje on przy określonej wartości nacisku - na drugiej końcówka w
w p unkcie A
kształcie stożka.
zwanego naciskiem uplastyczniającym. W przypadku słabo kowalnych
Rys. 3
materiałów ulegają one tylko niewielkiej trwałej deformacji zanim próbka
Odmiennie zachowują się�
w p unkcie B
przełamie się na pół. Dla metalu kowalnego możliwa jest znaczna trwała
niektóre polimery (Rys. 3).
B
(plastyczna) deformacja przed złamaniem. Maksymalne obciążenie, które
D
w punkcie C
Przed złamaniem w punkcie D C
x
próbka metalu może znieść bez złamania (punkt TS na Rys. 1) zwane jest
A
następuje tu znaczne
graniczną siłą rozciągającą metalu.
w p unkcie D
wydłużenie przewężonej części.
�/ %
" Dla polimeru po przejściu przez rejon sprężystości znaczna trwała
Z wykresów nacisk  wydłużenie względne (odkształcenie) można wyznaczyć
deformacja zachodzi nawet przy prawie niezauważalnym wzroście nacisku.
" moduł sprężystości,
Elastomery wykazują znaczne deformacje pod każdym obciążeniem, ale są
" siłę zerwania,
one zawsze odwracalne i pod tym względem różnią się od trwałych
" graniczną siłę rozciągająca
deformacji innych materiałów.
" wydłużenie względne w momencie zerwania
2
-2
-2
�/ MN m
�/ MN m
-2
�/ MN m
�/ MN m
-2
2013-01-12
odkształcenie sprężyste
deformacja trwała
moduł Younga W przypadku typowego metalu, gdy przyłożona siła działa nadal po
przekroczeniu punktu Y (granicy sprężystości), materiał ulega trwałemu
odkształceniu.
" Odkształcenie sprężyste jest odkształceniem odwracalnym.
" Nachylenie krzywej nacisk - wydłużenie względne w obszarze sprężystości
Gdy siła przestaje działać wykres nacisk-
jest miarą modułusprężystości (modułu Younga, E) danego materiału. B
wydłużenie względne przebiega wzdłuż linii BC,
" Gdy przyłożona siła jest stosunkowo mała i materiał ulega tylko sprężystej
równoległej do YO.
Y
deformacji, nacisk związany jest z wydłużeniem względnym
(odkształceniem) prawem Hook a:
Gdy nacisk spadnie do zera:
- odcinek CD będzie przedstawiał % �
� =E�
odzyskanego pierwotnego kształtu po
usunięciu sprężystego odkształcenia,
Współczynnik proporcjonalności
- odcinek OC będzie miarą trwałej deformacji
tangens kąta nachylenia
E jest modułem Younga.
= moduł Younga plastycznej materiału.
Pręt, który ulegał rozciąganiu, nie wraca do
O C D
początkowych wymiarów (np. grubości).
�
Często stosuje się moduł właściwy,
tj. przeliczony na ciężar właściwy: odkształcenie
Ta właściwość, wykorzystywana przy wyciąganiu prętów na druty, jest zwana
moduł właściwy = moduł sprężystości / ciężar właściwy
deformacją plastyczną deformacją trwałą
deformacją plastyczną lub deformacją trwałą.
wyznaczanie granicy sprężystości odkształcenie sprężyste
Odkształcenie sprężyste jest wynikiem zmiany odległości atomów pod wpływem
działającej siły, jest więc bezpośrednio związane z energią wiązania.
Energia wiązania jest silnie zależna od równowagowej odległości
międzyatomowej (ro) w danym ciele stałym:
Dla większości materiałów przejście od
B
E = C1(1-n)/ro4
zachowania sprężystego do
Y gdzie C1, n  stałe empiryczne.
plastycznego nie jest gwałtowne i
Znając energie wiązania chemicznego, można obliczyć
czasem trudno jest podać określony
stopień odkształcenia spowodowany przyłożoną siłą,
punkt, który stanowi tę granicę.
moduł stycznej
czyli wartość modułu Younga.
�
Zwykle wybiera się wartość nacisku, A
W wielu materiałach, szczególnie tych, w których
która powoduje 0,02%-owe odkształcenie
plastyczne, i znajduje się punkt Y atomy są stosunkowo słabo związane, prawo Hook a
odkszta łcenie
nie jest dokładnie spełnione, a krzywa nacisk-
(granicę sprężystości) jako punkt
wydłużenie względne ulega zakrzywieniu.
przecięcia prostej równoległej do
odcinka w obszarze sprężystym z krzywą
Dla takiego nieliniowego przebiegu nie można podać
nacisk-wydłużenie względne.
0,02 �
%
B
jednej tylko wartości modułu Younga.
moduł siecznej
Dla przybliżonych szacunków mierzy się
A - tangens kąta nachylenia w każdym punkcie
B - tangens kąta nachylenia siecznej
odkształcenie
reprezentatywne wartości modułu sprężystości - E
Współczynnik Poisson a
i współczynnika Poisson a - �
Chociaż pomiary nacisków i wydłużeń względnych zakładają stałą wartość
�
powierzchni przekroju odkształcanego pręta, materiał odkształcony pod Materiał E/GPa
względem długości wykazuje również odkształcenie poprzeczne, opisywane
współczynnikiem Poisson a, �.
glin 70,3 0,34
miedz
129,8 0,34
Jeżeli nacisk rozciągający w kierunku osi próbki powoduje dodatnie
odkształcenie (zwiększenie długości) w tym kierunku +�z oraz zmniejszenie
żelazo 152 0,27
wymiarów poprzecznych  �x i  �y (dla materiałów izotropowych
magnez 44,7 0,29
 �x =  �y), wówczas:
tytan 115,7 0,32
� = - �(poprzeczne) / �(podłużne) =  �x / �z
wolfram 411,0 0,28
Znak ujemny ma na celu zapewnienie dodatniej wartości liczbowej
tlenek magnezu 210,3 0,23
współczynnika Poisson a.
szkło krzemionkowe 72,4 0,17
Dla materiałów izotropowych wartość teoretyczna � wynosi �.
żywica epoksydowa 3,2 0.35
nylon 2,0 0,39
Większość metali wykazuje wartości w zakresie 0,25-0,35.
polistyren 3,5 0,33
3
nacisk
nacisk
nacisk
2013-01-12
odporność na rozerwanie i sztywność rozerwanie spowodowane kruchością
(Toughness and stiffness)
Wiele materiałów wykazuje kruchość, szczególnie w niskich temperaturach.
Odporność na rozerwanie jest często znacznie ważniejszą cechą materiału niż
Monokryształy często łamią się wzdłuż płaszczyzn największej łupliwości, w
wytrzymałość mechaniczna mierzona wielkością maksymalnego nacisku, który próbka
których wiązanie jest stosunkowo słabe.
możeznieść nie ulegając trwałej deformacji.
Materiał polikrystaliczny może ulec złamaniu na dwa sposoby:
Odporność na rozerwanie można zdefiniować jako ilość energii zaabsorbowaną przez
materiał przed rozerwaniem. - przełom przez krystality, co jest podobne do przełomu wzdłuż płaszczyzn
Odporny na rozerwanie materiał stawia znaczny opór przy przemieszczaniu się pęknięcia największej łupliwości w monokryształach i zwane jest przełomem
i dlatego materiały te są zarówno wytrzymałe mechanicznie jak kowalne. Miarą odporności
transgranularnym lub transkrystalicznym.
na rozerwanie może być powierzchnia pod krzywą nacisk-wydłużenie względne.
- przełom przez obszar pomiędzy krystalitami - przełom międzygranularny.
Opór stawiany odkształcającej sile zależy od nachylenia krzywej nacisk-wydłużenie
Materiały amorficzne, takie jak szkło lub kruche polimery, ulegają złamaniu z
względne w początkowym, sprężystym obszarze.
utworzeniem gładkiej powierzchni przypominającej wnętrze muszli. Jest to
materiał A
Sztywny materiał wykazuje małe odkształcenie pod
przełom muszlowy.
wpływem nawet znacznego nacisku.
Materiały zawierające puste przestrzenie lub różne fazy (np. porcelana
Jak widać z rysunku, materiał o największym materiał B
zawierająca obszary szkliste, krystaliczne i luki w strukturze), często ulegają
�
module sprężystości jest niekoniecznie najbardziej
złamaniu w pobliżu tych defektów.
odporny na rozerwanie.
W tym przypadku materiałem najbardziej odpornym
materiał C
Włókna polimerów zachowują się inaczej, niż można by było oczekiwać w
na rozerwanie jest materiał C, chociaż ma
najmniejszą sztywność. przypadku skrajnie wydłużonych cząsteczek. Wiele z nich, jak np. włókno
węglowe i włókna polietylenowe o dużym ciężarze cząsteczkowym, wykazują
Odporność na rozerwanie próbki zależy od jej
wytrzymałość na rozciąganie lepszą niż stal.
" geometrii
" sposobu przyłożenia nacisku
wpływ temperatury na trwałą deformację
ruch dyslokacji a trwała deformacja
metali i materiałów ceramicznych
W skali atomowej pojawienie się trwałej deformacji najłatwiej
stopień
stopień
Metale są na ogół ciągliwe i kowalne i mogą ulegać znacznej deformacji
jest przedstawić na przykładzie monokryształu.
plastycznej. Jest to cenna właściwość metali wykorzystywana m.in. do
wytwarzania przedmiotów o różnym kształcie przy zastosowaniu
Deformację stanowi szereg stopni lub linii utworzonych
odpowiednich matryc i sztancy.
przez atomy, za pośrednictwem których zachodzi
Materiały ceramiczne są wwiększości kruche i łamliwe i obróbka podobna do
przemieszczanie jednej części kryształu względem części
stosowanej w przypadku metali może je zniszczyć. Jednakże w wysokich
pozostałych.
temperaturach wiele materiałów ceramicznych może ulegać trwałej
deformacji, podczas gdy w niskich temperaturach wiele metali staje się
Proces może polegać na poślizgu, w którym warstewki,
kruchymi i łamliwymi.
o grubości rzędu kilku setek atomów przesuwają się w określonym
Na ogół kruchość występuje w niskich a kowalność (plastyczność) w
kierunku.
wysokich temperaturach, ale określenie  wysoka lub  niska temperatura
Ilość energii potrzebna do przesunięcia płaszczyzny atomów z jednej
jest względne i zależy od rodzaju materiału.
trwałej pozycji do drugiej może być obliczona przy znajomości siły
Dla elastomerów takich jak guma, temperatura pokojowa jest już wysoka. Dla
wiązań chemicznych.
polimerów taką graniczną temperaturą jest temperatura zeszklenia, a w
temperatura zeszklenia
przypadku materiałów ceramicznych temperatura Tammana (1/2 temperatury
temperatura Tammana
Obliczona energia jest zwykle znacznie większa od energii
topnienia w skali Kelwina).
wyznaczonej doświadczalnie.
Powyżej tej temperatury materiały ceramiczne ulegają odkształceniu na
Wynika to z faktu, że poślizg zachodzi łatwiej w kryształach
drodze poślizgu dyslokacji. Ruch defektów jest w materiałach ceramicznych
rzeczywistych dzięki obecności dyslokacji i ich ruchowi po
znacznie utrudniony ze względu na oddziaływanie z ładunkami jonów.
płaszczyz
nie poślizgu.
Twardość (Hardness)
ruch dyslokacji a trwała deformacja
Twardość - miara odporności materiału na trwałą, (plastyczną) deformację.
blokowanie dyslokacji A
atwość ruchu dyslokacji jest zależna od rodzaju
Jest ona mierzona przeważnie jako zdolność do ulegania ściskaniu.
przez atom domieszki płaszczyzny krystalograficznej, na niektórych z nich Pierwszy raz zastosowano twardość do charakterystyki minerałów.
Kryterium stanowiła zdolność danego minerału do zarysowywania innego.
poślizg jest łatwiejszy  noszą one nazwę
W średniowieczu powstała do dzisiejszego dnia stosowana skala Mohse a.
płaszczyzn poślizgu.
Wybrał on 10 minerałów różniących się stopniowo pod względem twardości:
Na ogół są to płaszczyzny o najgęstszym upakowaniu,
1-talk,
np. w kryształach o strukturze typu
2-gips,
" A1 (fcc) jest to płaszczyzna {111}
3-kalcyt,
" A2 (bcc) płaszczyzna {110}
4-fluoryt, kształtka kształt
" o symetrii heksagonalnej płaszczyzna {001}
5-apatyt,
kulista wtłoczenia
6-ortoklaz,
7-kwarc,
8-topaz,
ruch dyslokacji krawędziowej przy ścinaniu, prowadzący do powstania stopnia
9-korund,
s�s�s�
10-diament.
10 mm
W pomiarach twardości stosuje się wtłaczanie
kształt
twardych kształtek do gładkiej powierzchni
wtłoczenia
badanego przedmiotu.
Mierzy się głębokość otworu, który powstał pod
wpływem określonej siły wciskania kształtek.
s� s�s�
4
2013-01-12
Zmęczenie materiału Zmęczenie materiału
(fatigue)
Wyniki badań laboratoryjnych przedstawia się w postaci amplitudy nacisku,
wykreślonej w funkcji liczby cykli N, które próbka może znieść bez zerwania.
Próbka jest testowana przez
" Materiał poddany cyklicznemu, powtarzającemu
cyklicznie powtarzające się działanie
się obciążeniu może ulec złamaniu w wyniku
nacisku aż do spowodowania
zmęczenia materiału.
rozerwania próbki.
krzywą A - stopy Fe
krzywa B - większość stopów
" Zachodzi to przy znacznie mniejszym nacisku niż
nieżelaznych i czystych metali takich jak
ten, który dany materiał może znieść przy
+
jednorazowym stresie. Cu i Al.
A (stal)
0
czas
" Zerwanie próbki pod wpływem powtarzającego
Na krzywych typu A występuje nagła
granica wytrzymałości
się nacisku nosi nazwę zerwania
zmiana nachylenia i pojawia się część
zmęczeniowego.
Cykle nieregularne krzywej równoległa do osi N, zwana
granicą zmęczenia lub granicą
" Zmęczenie wpływa na ruchome części B (metale nieżelazne)
wytrzymałości.
urządzenia, lecz również na części składowe,
które są nieznacznie odginane w sposób +
amplituda
powtarzający się, jak np. ruchome elementy Dla nacisku poniżej wartości
nacisku
kadłuba samolotu pod wpływem zmiennego 0
odpowiadającej tej granicy efekt
czas
log (liczba cykli przed złamaniem)
ciśnienia atmosferycznego.
zmęczenia nie występuje.
-
Cykle sinusoidalne ze zmiennym
naciskiem (dodatnim i ujemnym)
Postępujące odkształcenie materiału
Zmęczenie materiału
wywołane stałym naciskiem
(ang. creep, to creep = pełzać)
Ten typ odkształcenia ma duże znaczenie praktyczne. Pod wpływem stresu
Ważnym czynnikiem przy występowaniu zmęczenia materiałowego
działającego w sposób ciągły następuje kumulacja naprężeń wymuszająca
jest stan powierzchni.
ruch dyslokacji i ich ciągłe przegrupowania.
Rysy, skazy i nierówności powierzchni mogą lokalnie zwiększać
Ostatecznie dochodzi do gwałtownego przełamania przedmiotu.
nacisk. Powinno się unikać nacięć, ostrych krawędzi, pustych
przestrzeni lub zmian powierzchni przekroju, zwanych Ciągły stres rozciągający
wzmacniaczami nacisku.
W samolotach i okrętach okna są okrągłe a nie kwadratowe lub
prostokątne z tej właśnie przyczyny.
początkowe
gwałtowne
Atmosfera otoczenia ma również znaczenie, gdyż zmęczenie pęknięcie
złamanie
na płaszczyz
nie
materiału może być zapoczątkowane korozją, co często występuje
największej
w urządzeniach zainstalowanych w halach fabrycznych.
łupliwości
propagacja pęknięcia
wzdłuż płaszczyzny
największej łupliwości
Zwiększanie wytrzymałości mechanicznej Zwiększanie wytrzymałości mechanicznej
Czyste metale są na ogół miękkie i wykazują małą wytrzymałość mechaniczną. Można Z pośród stopów od dawna znane było tworzenie stopu cynku z miedzią
stopów
zmniejszyć ich kowalność i zwiększyć wytrzymałość mechaniczną przez ograniczenie
(brązu), które polegało na wprowadzeniu naprężeń przez atomy domieszki.
ruchu dyslokacji.
Pole naprężeń utrudnia ruch dyslokacji, gdyż dyslokacje również generują w
Jednakże gdy zmiany te zajdą za daleko metal staje się kruchy  konieczny jest
strukturze naprężenia. Te dwie składowe naprężeń odpychają się wzajemnie
kompromis.
utrudniając poślizg. Dostatecznie duży dodatek drugiego składnika, w może
spowodować wytrącenie nowej fazy, które dodatkowo blokuje płaszczyzny
Historycznie, trzy metody były stosowane dla zwiększenia wytrzymałości mechanicznej
poślizgu skutecznie utrudniając ruch dyslokacji.
metali:
- zmniejszenie wymiarów ziaren
Materiały ceramiczne
Materiały ceramiczne są na ogół kruche i łamliwe. Ochrona ich powierzchni
- utwardzanie przez obróbkę mechaniczną
- stapianie z innymi metalami (np. uszlachetnianie stali) przed zanieczyszczeniami, reakcjami chemicznymi lub uszkodzeniami
stosuje się również
mechanicznymi zwiększa ich wytrzymałość.
- wtrącenia obcych faz
Włókna optyczne świeżo wyprodukowane są odporne mechanicznie lecz
reakcja powierzchniowa z parą wodną obecną w powietrzu gwałtownie
We wszystkich przypadkach zwiększenie wytrzymałości mechanicznej wiąże się z
zmniejsza ich wytrzymałość. Dlatego pokrywa się je powłokami
ograniczeniem ruchu dyslokacji.
polimerowymi.
Zmniejszanie wielkości ziaren utrudnia ruch dyslokacji.
Powierzchnie monokryształów poleruje się. Przy syntezie polikrystalicznych
monokryształów
materiałów ceramicznych zwraca się szczególną uwagę na zmniejszenie
Obróbka mechaniczna (przekuwanie) polega na powtarzającym się stresie wywołanym
np. przez uderzanie młotem, co powoduje wzrost liczby dyslokacji. Początkowo może porowatości.
nastąpić zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej, lecz gdy gęstość dyslokacji
przekroczy pewną wartość ulegają one splątaniu i ich ruch jest utrudniony co prowadzi
Ciała stałe mogą zwiększać wytrzymałość, gdy tworzą kompozyty (mieszaniny
do zwiększenie wytrzymałości mechanicznej.
kilku rodzajów materiałów).
5
nacisk
amplituda nacisku
nacisk